宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任(rèn)何(hé)的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的(de)运动速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见(jiàn)光的(de)形式(shì)所存(cún)在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度(dù)的原因(yīn)很可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估算在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近(jìn)没(méi)有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全(quán)彩的(de)高(gāo)清照(zhào)片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第(dì)一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我(w不甚是什么意思解释，不甚了然是什么意思ǒ)们也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的(不甚是什么意思解释，不甚了然是什么意思de)季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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